# Crust共识机制介绍

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**Published on:** 2024-09-01
**URL:** https://paragraph.com/@daguoyuan/crust

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1. 概述 Crust采用GPoS共识机制，全称为“以存储资源做担保的PoS共识”，它实际上也是一种PoS共识机制。Crust是基于波卡生态的substrate框架实现，它也借鉴了波卡的共识机制。1.1 波卡共识机制 传统的PoS共识有一个很大的问题，staking的币越多，以后的收益就会越高，容易形成寡头现象，也就是强者恒强。波卡开创了自己的PoS机制：NPoS，提名权益证明，将Staker分为提名人和验证人两种角色，出块奖励会大致平均分配给当前所有的验证人， 避免了马太效应。1.2 Crust图示 Crust的共识机制以era为周期，每个era为6个小时。在每个周期中都会选举新一轮的验证人集合，新选出的验证人参与本周期的共识，同时也以era为周期进行奖励分配。2. 验证人选举2.1 计算验证人质押额度（stake limit） 质押额度决定了验证人有效质押代币数量的上限，这个上限与验证人提供的存储量直接相关。验证人的存储量为他所在的组内所有member成员存储量的和。2.2 计算验证人总有效质押 根据验证人的质押上限和它的担保人信息，统计出该验证人的有效质押总量。每个验证人以自身的有效质押总量作为选票参与选举过程。 举例来看验证人的有效质押总量的计算过程。 如下所示，有验证人(Validator)：V1, V2, V3, 其中V1的担保人(Guarantor)：G1-1, G1-2, V2的担保人：G2-1， G2-2， G2-3，V3的担保人：G3-1， G3-2。 验证人和他们的担保人具体信息如下，其中验证人的质押金额表示的是验证人自身的代币数量（比如V1的质押金额是200，这里的200代表的是验证人自身的代币）。验证人的总质押量 = 自身质押金额 + 担保金额（担保人的质押金额） 有效质押率 = 最小值(（质押额度/验证人总质押量）, 100%) 验证人的有效质押量 = 自身质押金额 * 有效质押率 担保人的有效质押量 = 担保人质押金额 * 有效质押率 以验证人V1演示他的有效质押总量的计算过程。 V1总质押量 = 250 = 200+20+30 V1有效质押率 = 40% = 最小值( (100/250), 100% ) V1的有效质押量 = 80 = 200*40% G1-1的有效质押量 = 8 = 20 * 40% G1-2的有效质押量 = 12 = 30 * 40% V1有效质押总量 = 100 = 250 * 40% 至此计算出V1的有效质押总量为100，同时也是V1有效质押量和担保人有效质押量的和（80+8+12）。在本次era周期中，也会将验证人和担保人的有效质押量记录下来，以便后期奖励分配使用。按照同样的方法对V2和V3进行计算，得到以下数据： 本轮era周期的总有效质押量为500 = 100 + 200 + 200 验证人的有效总质押，验证人和担保人各自的有效质押如下图：2.3 验证人选举 通过上面的计算，我们得知了每个验证人的有效质押总量，将质押量按照1:1兑换为选票。 验证人V1，选票100 验证人V2，选票200 验证人V3，选票200 将验证人按照选票数降序排列 V3， V2， V1，假设网络设置的验证人数量为n，则只选举前n名验证人作为本轮era周期的验证人，由他们执行pos共识，进行出块。 当n=2时，则只选择V3， V2作为本轮验证人。V1参加了竞选，但是竞选失败，身份变为候选人。3. 奖励分配 在era周期结束时会分配奖励，奖励的来源有两个部分。 第一部分：按照Crust经济模型的代币释放曲线计算当前era需要释放的奖励。比如当前era索引值为2000,也就是主网启动后的第2000个era。每个era为6个小时，每天产生4个era，每年产生4*365.25= 1461个，因此可以判断当前处在网络启动后的第2年。第二年总计会释放4,400,000个代币，平均每个era大致释放3011（4400000/1461）个。 第二部分：DSM质押池中的一部分奖励。 用户在DSM存储文件支付的资金有一部分会进入质押池。 以上两个资金求和计算出该era周期总代币奖励数量。 total_payout = era_payout + market_payout 总奖励中还需要燃烧掉一部分era_benefit total_payout = total_payout - era_benefit3.1 核算出块奖励 根据当前验证人的数量决定从total_payout中分配多少钱作为总出块奖励（total_authoring_payout）。0到500人时，total_pay的20%作为总出块奖励(total_authoring_payout)。 501到1000人时，total_payout的25%作为总出块奖励(total_authoring_payout)。 …… 假设总奖励为4000，验证人共2个（V2, V3）,则total_authoring_payout = 800 = 4000 * 20% 根据该era周期各个验证人的得分对这800进行分配。 假设V2:300， V3:500 tips: 这部分使用的是波卡的NPoS，在这种机制下得分在每个验证人之间大致是趋向于平均的。3.2 核算质押奖励本轮era总质押奖励就是总奖励去掉总出块奖励剩余的部分。 total_staking_payout = total_payout - total_authoring_payout 继续使用上面的例子，total_staking_payout = 3200 = 4000 - 800 3200就是本轮era周期的总质押奖励。3.3核算验证人/候选人和担保人奖励 核算操作需要由验证人或候选人触发，调用do_reward_stakers接口，传入参数为验证人/候选人id，era周期索引。 现根据era索引查询到该era周期的总质押奖励total_staking_payout（3200）。接下来分两种情况来讨论：验证人和候选人。3.3.1. 验证人（以V2为例）查询出该验证人的出块奖励authoring_reeard。 在核算出块奖励时得知V2的出块奖励为300根据该验证人总有效质押占该era周期总有效质押的比例计算出该验证人的总质押奖励。 V2总质押奖励 = (200/500)*3200 = 1280验证人总奖励为他出块奖励与质押奖励的和。 V2总奖励 = 300 + 1280 = 1580查询验证人在该era周期担保费率，对它的担保人进行奖励分配V2的担保总收益 = 1580*20%=316 G2-1的担保收益 = 316 * (8/200) = 12.64 G2-2的担保收益 = 316 * (12/200) = 18.96 G2-3的担保收益 = 316 * (20/200) = 31.6 V2的总收益 = 1580 - 12.64 - 18.96 - 31.6 = 1516.83.3.2. 候选人（以V1为例） V1竞选验证人没有成功，所以和V2相比它的奖励中不包含出块奖励，只有质押奖励。分配的计算过程和V2是一样的。假设V1的担保费率为30% V1的总质押收益 = （100/500）*3200 = 640 V1的总担保收益 = 640 * 30% = 192 G1-1的担保收益 = 192 * (8/100) = 15.36 G1-2的担保收益 = 192 * (12/100）= 23.04 V1的总收益 = 640 - 15.36 - 23.04 = 601.6

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